無人機營救海上落水人員應用探究

蘆海利，常成基，余 松

95894部隊

世界各地每年都會發(fā)生數量眾多的海上遇險事故，低溫海水、饑餓、脫水、海洋動物攻擊等因素嚴重威脅著落水人員生命安全，在短時間內實施救援，將直接決定遇險者能否生存。極其令人欣慰的是，無人機技術日漸成熟，且具有成本低、起降靈活、滯空時間長、偵察手段多、信息傳輸快等優(yōu)勢，可滿足海上搜救任務需要，有效提高救援成功率。

2019年7月17日，美國海軍“亞伯拉罕·林肯”號航母的1名水兵在阿拉伯海域墜海，多國軍艦參與搜救，最終未能找到。新世紀我國面臨來自海上的安全威脅，未來海上發(fā)生的激烈軍事沖突將不可避免，我們必須為此做好各項準備。對落水人員營救是一個重要課題，二戰(zhàn)中戰(zhàn)船沉沒、飛機墜海后鮮有人員生還，主要原因是搜救不及時。據聯合國貿易與發(fā)展會議（UNCTAD）發(fā)布的《2019全球海運發(fā)展評述報告》統(tǒng)計，2019年初全球注冊的航行船舶約有95402艘（100t以上有推動力船舶），每年巨量的船舶會發(fā)生數量眾多的海難事故，海上救援成為各國關注的重要課題。落水人員生命安全受低溫海水、脫水、饑餓、海洋動物攻擊等因素的威脅，其中，低溫海水是導致人員死亡的重要原因，由寒冷引發(fā)的死亡率非常高。如何快速實施搜索救援行動，將直接決定人員存活率和救援效率的高低。過去落水人員搜救，主要采取調派附近船舶，出動岸基飛機，進行拉網式目視搜索，耗費時間長、組織協(xié)調困難、搜索范圍有限、成本高、效率低。隨著無人機在軍事及民用領域的廣泛應用，以及新材料、信息處理、飛行控制等技術的提升，無人機可以充分彌補傳統(tǒng)搜救方式的短板，利用無人機搜救落水人員正成為可能。

無人機營救海上落水人員的優(yōu)勢

部署靈活

人員遇險后對其展開搜救，快速響應最關鍵，應爭取在黃金救援時間內完成搜救。某些小型無人機結構簡單，集成度高，甚至可以由操控人員隨身攜帶。大、中型無人機可以利用車、船、飛機運輸至指定地點，也可以提前部署在事故多發(fā)地域附近或艦船上，不需要復雜運輸保障條件。垂直起降無人機可以在狹小、平整地面起降，起飛準備時間短，收到指令后能迅速按預設航線執(zhí)行任務。

表1 落水人員存活時間對照表。

圖1 無人機能快速抵達任務區(qū)域展開大范圍海域搜救。

響應快速

無人機能快速抵達任務區(qū)域展開大范圍海域搜救，將獲取的音視頻實時回傳至救援指揮部。伴隨人工智能（AI）技術的不斷進步，利用無人機深度學習神經網絡和圖像處理技術，可從動態(tài)視頻和靜態(tài)圖像中識別出落水人員。當無人機發(fā)現可能的救援目標后進行抵近識別，執(zhí)行定點監(jiān)控，確定目標后由計算機進行輔助決策，救援指揮部及時評測險情并制定搜救方案，供救援組織參考。同時，無人機攜帶救援設備進行施救，或者救援指揮部協(xié)調其他救援力量開展救護，提高救援成功率。

風險可控

相比于有人機，無人機運用更加便捷，能在危險環(huán)境、復雜地域和惡劣氣象條件下執(zhí)行任務，即使發(fā)生事故，僅損失無人機平臺，而不會對救援任務產生影響，更不會發(fā)生飛行員傷亡情況，后續(xù)救援也可以補充新無人機。同時，無人機由操控員在地面進行智能化操控，可極大減輕人員工作量，在續(xù)航時間內實現大范圍海域搜索。

可擴展性

無人機可靈活搭載光電/紅外傳感器、激光指示器等設備，具備遠程操控、視頻實傳、目標定位、物資運輸等功能。某些現有無人機稍加改進就能搭載救生浮帶、充氣式救生筏、無線電信標等各種搜救設備，執(zhí)行投放補給品，驅趕危險海洋動物等任務，必要時可搭載通信設備，建立海上通信基站，平臺擴展性非常強。

成本低

無人機機上沒有飛行員，無需裝配人員維生儀器和逃生設備，減輕重量和降低成本的同時，實現了功能最大化。無人機搭載衛(wèi)星定位系統(tǒng)、電子地圖軟件、遙感系統(tǒng)等展開半自主飛行，操控員干預減少，無人機的使用更加便利。操控員不需要具備豐富的飛行控制理論，只要掌握操控技術，經培訓即可操控無人機飛行，極大降低了培訓、維修、使用成本。

救援無人機技術與應用分析

早在20世紀90年代，美國就開始使用無人機進行災害監(jiān)測及救援，2018年澳大利亞使用無人機投放充氣式救生浮帶，將兩名被海浪卷入大海的男孩救回到岸邊，避免了溺亡悲劇發(fā)生。我國國務院應急管理專家組建議，除建立全國統(tǒng)一的常備應急救援無人機力量外，還應建立全國應急救援無人機大數據庫。

救援信息遠程傳輸

圖2 浙江氫航科技有限公司多功能海事無人機搭載光電吊艙、喊話器、救生圈在海上執(zhí)行救援任務。

小型無人機通信傳輸使用頻率多為72MHz、433 MHz、2.4GHZz，使用半徑在幾百米到20km；民用無人機地面控制站一般使用頻率90 MHz，使用半徑可達60km，大型無人機可使用衛(wèi)星鏈路，使用半徑達數千千米。隨著遠程通信傳輸技術的不斷發(fā)展成熟，傳輸信道抗干擾能力也獲得顯著提升，可根據人員遇險位置和距離，靈活選用不同類型無人機執(zhí)行搜救任務。無人機搭載高清攝像機，將拍攝視頻由通信傳輸系統(tǒng)實時傳回給后方，通過地面控制站多路轉發(fā)提供給救援指揮部。通過遠程操控，行動與指揮被分離為兩部分，使后方指揮部免受外界干擾，更加專注于搜救的組織與實施。

圖3 2018年澳大利亞使用無人機投放救生浮帶，將兩名落海男孩救到岸邊。

圖4 澳大利亞“小滑雪者”（Little Ripper）無人機可以監(jiān)測鯊魚出沒，也可用于救援。

智能化搜索和定位

無人機搜索技術將射頻技術與人員定位搜索相結合，進行遠程搜救，相較傳統(tǒng)船舶拉網式搜救方式，無人機定位搜救不但視野寬闊、效能性高，而且可實現全天時搜尋。按照國家強制標準要求，船舶、救生艇、飛行員救生衣等必須安裝自動觸發(fā)式信標機。海上搜救無人機搭載專用設備，能夠在15km內對信標予以激活，使事故船員信息及時發(fā)出，并展開迅捷化衛(wèi)星定位。如果落水人員沒有攜帶信標機，則需要根據所報告的落水人員初始位置和時間，結合海水流速、流向及海風風速、風向，綜合確定可能的搜索區(qū)域，無人機快速抵達任務區(qū)域進行落水人員搜索。發(fā)現目標后，無人機空投信標機以標定人員位置，也可利用無人機自帶的定位系統(tǒng)予以位置解算，將落水人員位置推送給其他救援力量。

救援物資快捷投放

圖5 無人機為營救海上落水人員提供照明。

無人機動力技術不斷取得進步，完全可以滿足攜帶救援物資的需要。海上意外落水人員，多數缺乏防護設備和維生物品，直接暴露在海水中，在救援過程中要優(yōu)先保證生命安全。無人機可攜帶救生浮帶、救生圈、充氣式救生筏等防護設備提供給落水者，必要時將食物和飲用水快速投送到落水者附近。若發(fā)現有鯊魚出沒，無人機在附近投擲驅鯊劑以防止人員受到傷害，投放海水染色劑標示人員落水位置。

交互功能強大

無人機搭載強光照明系統(tǒng)和擴音設備，能夠沖破夜暗、海霧、風浪等不良條件的限制。無人機空中強光照明不僅能提升航拍實效，還能滿足救援過程的照明需求，幫助目標定位、救治以及撤離。在發(fā)現落水者后，無人機搭載高功率擴音系統(tǒng)傳播語音交互信息，指導遇險人員自救、互救，并給予恰當的心理疏導。在國際海事衛(wèi)星因救援力量過多不能保證實時通信，或者無線電網絡相互干擾時，無人機搭載通信設備，建立臨時通信中繼站，保證通信網絡正常使用。

無人機在軍民領域的廣泛應用，必然導致行為方式的轉變。在海上搜救、巡航監(jiān)管等領域的應用，相較傳統(tǒng)救援方式，無人機更具優(yōu)勢，經濟性和實用性更勝一籌。如今無人機AI技術迅猛發(fā)展，基本能滿足各種海事搜救任務需要。相信隨著技術進步，無人機在營救海上落水人員任務中必大放異彩。